ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЬЕВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЛЕСОПИЛЬНЫХ РАМ ПРИ РАСПИЛОВКЕ МЕРЗЛОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Вишуренко Н.В. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)
In article influence of geometric parametres of teeths of a saw on productivity of log frames is considered. Results of experiments by determination of dependence of the area of a cave of teeths from these parametres are resulted.
Существуют два пути развития производства – экстенсивный и интенсивный. Перспективным является интенсивный путь, при котором во все возрастающих объемах производится продукция высокого качества при минимальных расходах сырья, энергии, материалов и человеческих ресурсов.
Основной объем пиломатериалов в России производится при распиловке на лесопильных рамах, которые обеспечивают высокую производительность и качество пиломатериалов.
Производительность лесопильной рамы в смену Псм, м, в смену определяется по формуле
, (1)
где S2х – подача бревна в лесопильную раму за время одного двойного хода, мм/об;
n – число оборотов вала в минуту;
Т – длительность смены, мин;
К1 – коэффициент использования сменного времени;
К2 – коэффициент использования машинного времени.
Величина подачи S2х ограничивается одним из следующих факторов:
- шероховатостью поверхности пропила;
- степенью заполнения межзубовых впадин;
- устойчивостью пилы;
- мощностью привода механизма резания.
Шероховатость поверхности пиломатериалов лимитирует производительность оборудования только при распиловке оттаявшей или талой древесины. При определенных условиях устойчивость и мощность привода механизма резания, так же могут стать лимитирующими факторами. Нами был рассмотрен такой фактор, как степень заполнения межзубовых впадин.
Максимально допустимая подача на зуб Szθ (S2х/z), мм, из условия нормального заполнения межзубовой впадины определяется по формуле
, (2)
где θ – коэффициент формы зуба;
tmax – максимальная высота пропила, мм (tmax≈dср);
σ – коэффициент напряженности работы впадины.
Рамная пила в процессе резания совершает собственно резание и транспортирование опилок в пропиле. С точки зрения выполнения этих операций при резании должна рассчитываться и подбираться рамная пила и ее элементы: зуб, впадина между зубьями и ее полотно. Поэтому конструкция, размеры и профилировка инструмента имеют первостепенное значение. Правильно спроектированный инструмент позволяет повысить и качество пиломатериалов, и производительность лесопильных рам.
Существующая высокая производительность лесопильных рам не является пределом и может быть повышена путем совершенствования конструкции зубьев рамных пил, которые зависят от технологических, физических свойств распиливаемой древесины, режимов резания и прочих факторов.
ГОСТ 5524-75 предусматривает выпуск пил четырех разных шагов. Обследование лесопильных предприятий красноярского региона показал, что большинство предприятий применяют рамные пилы только одного шага для распиловки всего поступающего сырья. Это облегчает подготовку инструмента, но несогласование шага пил с высотой пропила приводит к снижению производительности лесопильной рамы до 20% и к значительному ухудшению качества пиломатериалов.
Как видно из формулы (2) при неизменных значениях σ, tз, tmax, величина подачи на зуб Szθ зависит от коэффициента формы зуба θ, который определяется как отношение площади впадины fв к квадрату шага зубьев t2з
. (3)
Поэтому нами была поставлена задача: исследовать влияние различных линейных и угловых параметров межзубовой впадины рамной пилы с целью увеличения площади межзубовой впадины.
Зуб пилы и размер впадины определяются шестью параметрами: шагом t, высотой h, радиусом закругления r, длиной задней грани l, а также угловыми значениями: передним γ и задним α углами резца.
Для проведения эксперимента использовался В-план второго порядка. По выбранным значениям переменных факторов были построены профили межзубовых впадин и определена их площадь. При распиловке мерзлой древесины не рекомендуется пилить с шагом, меньше 26 мм. Поэтому для проведения эксперимента использовались следующие шаги зубьев: 26, 32 и 40 мм.
Правильный выбор шага зубьев имеет важное значение для обеспечения нормальных условий работы инструмента, повышения производительности пил и оборудования. При пилении талой древесины величина шага зубьев пил лимитируется подачей на зуб из условий шероховатости поверхности. При распиловке же мерзлой древесины, этот фактор не является лимитирующим. Увеличение шага приводит к увеличению подачи на зуб, а это приводит к снижению удельной работы пиления. Кроме того, снижается общая сила, действующая на пилу. Таким образом, применение пил с увеличенным шагом зубьев желательно как из условий заполнения их впадин, так и энергопотребления и силовых характеристик.
С увеличением высоты пропила посылка снижается, поэтому целесообразно применять пилы с большим шагом зубьев.
Углы по ГОСТ 5524-75 для рамных пил предусмотрены одинаковые для всех условий распиловки. Работами СибНИИЛПа рекомендованы различные значения углов для разных условий распиловки [1]. Вообще, с точки зрения уменьшения силы резания выгоднее работать с большим передним углом. Следует указать и на то, что удаление стружки протекает в лучших условиях при величине переднего угла более 15º. Теоретический анализ показал, что силы резания и подачи уменьшаются с увеличением заднего угла. Наиболее интенсивное уменьшение сил, как показывают исследования, происходит при уменьшении заднего угла до 22º.
Для распиловки мерзлой древесины СИБНИИЛПом рекомендуются следующие значения углов: γ = 15 - 20º, α = 27 - 22º.
Для эксперимента были приняты следующие переменные факторы (таблица 1). ЦНИИМОД для рамных пил с получением технологических опилок рекомендует другие параметры зубьев (таблица 2).
Таблица 1 – Переменные факторы для профилей зубьев по ГОСТ 5524-75
|
Переменные факторы |
Уровни варьирования с шагом 26 мм |
Уровни варьирования с шагом 32 мм |
Уровни варьирования с шагом 40 мм |
||||||
|
нижний |
основной |
верхний |
нижний |
основной |
верхний |
нижний |
основной |
верхний |
|
|
Радиус закругления |
5 |
5,5 |
6 |
6 |
6,5 |
7 |
7,5 |
8 |
8,5 |
|
Длина задней грани |
9,5 |
10,5 |
11,5 |
13 |
14 |
15 |
16,5 |
17,5 |
18,5 |
|
Высота зуба |
16 |
17 |
18 |
21 |
22 |
23 |
26,5 |
27,5 |
28,5 |
|
Передний угол |
15 |
17,5 |
20 |
15 |
17,5 |
20 |
15 |
17,5 |
20 |
|
Задний угол |
22 |
24,5 |
27 |
23 |
25,5 |
28 |
23 |
25,5 |
28 |
Таблица 2 – Переменные факторы для профилей зубьев, рекомендованных ЦНИИМОДом [2]
|
Переменные факторы |
Уровни варьирования с шагом 26 мм |
Уровни варьирования с шагом 32 мм |
Уровни варьирования с шагом 40 мм |
||||||
|
нижний |
основной |
верхний |
нижний |
основной |
верхний |
нижний |
основной |
верхний |
|
|
Радиус закругления |
5 |
5,5 |
6 |
7 |
7,5 |
8 |
10 |
10,5 |
11 |
|
Длина задней грани |
10 |
11 |
12 |
12 |
13 |
14 |
14 |
15 |
16 |
|
Высота зуба |
17 |
18 |
19 |
18,5 |
19,5 |
20,5 |
22 |
23 |
24 |
|
Передний угол |
18 |
20 |
22 |
23 |
25 |
27 |
23 |
25 |
27 |
|
Задний угол |
21 |
23 |
25 |
16 |
18 |
20 |
16 |
18 |
20 |
Для получения максимальных функций была применена программа «Optimize», разработанная в среде Delphi. Результаты вычислений представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Значения факторов, максимизирующих функцию
|
Шаг зубьев, мм |
Максимальное значение выходной функции, мм2 |
Значения факторов |
Коэффициент формы зуба θ |
||||
|
r, мм |
l, мм |
h, мм |
γ, град |
α, град |
|||
|
По данным, рекомендованным СибНИИЛП |
|||||||
|
26 |
299,84 |
6 |
10,6 |
17,6 |
20 |
27 |
0,444 |
|
32 |
444,24 |
7 |
13 |
23 |
20 |
28 |
0,434 |
|
40 |
683,3 |
8,5 |
17,9 |
28,5 |
20 |
28 |
0,427 |
|
По данным, рекомендованным ЦНИИМОД |
|||||||
|
26 |
363,6 |
6 |
10 |
19 |
22 |
25 |
0,538 |
|
32 |
395,22 |
8 |
12 |
20,5 |
27 |
20 |
0,386 |
|
40 |
591,56 |
11 |
14 |
24 |
27 |
20 |
0,37 |
В результате проведения эксперимента, были получены математические модели, описывающие зависимость площади впадины fв (выходная функция) от пяти факторов (радиус закругления r, длина задней грани l, высота h, углы: γ и α) при трех значениях шагов: 26, 32, 40 мм. Анализ полученных моделей показал, что наибольшее влияние на увеличение площади межзубовой впадины оказывает увеличение высоты зуба. Также заметное влияние на увеличение площади впадины оказывает увеличение заднего угла, радиуса закругления и переднего угла. Увеличение длины задней грани приводит к уменьшению функции, либо к незначительному ее увеличению. Рассчитанные по полученным уравнениям регрессии функции отклика, показали, что разница значений выходной функции и функции отклика не превышает 3% во всех случаях.
Полученные нами в ходе эксперимента модели позволяют определять конкретные значения θ при различных заданных параметрах зубьев.
Литература
1. Руководящие технические материалы по определению режимов пиления мерзлой древесины лиственницы на двухэтажных лесопильных рамах. – Красноярск: СибНИИЛП, 1975. – 44 с.
2. Руководящие технические материалы по распиловке хвойной древесины на двухэтажных лесопильных рамах с получением технологических опилок для целлюлозно-бумажного производства. – Архангельск: ЦНИИМОД, 1975. – 32 с.